JP20系列IGBT保护扩展模块详解

IGBT正常使用时是不会出现短路现象，尤其IGBT不直接接负载的条件下。只要电路设计合理，IGBT设计在合理的工作区，输出电流不超过2倍额定值电流，过电流后采用正常的快速关闭措施是最佳形式（2倍额定电流的安全工作区接近矩形）。即便是短路条件，只要电流上升率能够限制好，没有超过IGBT正常工作区，快速关闭依然是首选（由于杂散电感，或者负载电感存在，此条件很好满足）。

在某些故障条件下，比如无电感短路状态（小电感短路），电流会急剧升高，大于2倍额定电流。从理论上要求关闭反应时间越快越好，但现在大多采用了缓关闭的方法，通过几微秒的延时，将电流降低到安全工作区以下，再关闭驱动。由于关闭速度跟不上，往往在短路关闭时，短路电流已经超过了IGBT极限，甚至达到了闩锁电流。造成失控。

解决此问题要从两方面下手：第一，驱动电压不要过高。一般说明书中驱动电压为15V时，短路电流限制在6倍额定电流附近，不会产生闩锁。第二，为了实现在短路状态（小电感短路）下的保护，针对快速关闭时电流依然超过安全工作区的情况，短路时对栅极电压采用分段卸荷关闭的方法比较好（既通过降低栅极电压，将电流限制在可接受范围）。由于IGBT的输出电流受到栅极电压的控制，因此短路时，通过降低驱动电压，使输出电流满足最大安全工作区条件。

JP20系列IGBT保护扩展模块具有超一流的反应速度，从过电流采样到驱动电平降为卸荷电平，延时只有110ns左右，根据此延时、杂散电感、驱动电压可以计算出IGBT的峰值电流，要控制在2～6倍额定电流之间（具体可以参考IGBT数据手册），通过卸荷将电流降低到2倍电流以下，栅极保护波形如图5-41所示。

1.引脚定义

JP20系列IGBT保护扩展模块引脚排列如图5-42所示，引脚功能见表5-3。

图5-41 栅极具有分段保护的驱动波形

图5-42 引脚排列

表5-3 引脚功能

（续）

2.原理框图

JP20系列IGBT保护扩展模块的原理框图如图5-43所示，因JP20系列模块是IGBT驱动器的保护扩展，因此对驱动器有一定功能要求。如图5-44所示，其中SD信号反应越快越好，反向驱动信号是射极输出信号，或具有单向导通的触发信号，从驱动信号输入到驱动输出延时>40ns。

JP20系列IGBT保护扩展模块的功能扩展非常简单，将保护模块串接在下管关闭驱动输出中，接线逻辑如图5-45所示。(www.xing528.com)

图5-43 原理框图

图5-44 对驱动器功能要求

图5-45 接线逻辑图

采用分压电阻R_s分压采样过电流点电路如图5-46所示，设定点约为3.5V左右。图5-47是采用JD102作驱动器的接线方法。JD102具有高达20A的驱动能力，同时开关延时小于150ns的驱动器。它对关闭引脚进行了优化，关闭引脚反应时间高达50ns。

图5-46 采用R_s分压所需电平

若V_cc=15V，V_com=5V，V_zs=3.3V，V_s=1V，则保护点：

V_p=12.6-V_com-V_zs-V_s=3.3V；

在V_cc=15V，V_ce=3.3V时，I_c略大于I_crm（不考虑电路结构及杂散电感造成的延时）。内部V_set设定为15V，外部稳压管小于V_set，如果采用13V，则卸荷电平为

V₂=V_set-V_com=8V

图5-47 保护扩展模块与JD102典型接线图

电流设定小于200A，调整C_OFF可满足开通延时，避免开通时电流过冲造成的误动作。内部设定最短时间约为300ns。调整C_DT，内部设定卸荷电平时间1.5～2μs。当杂散电感较大时需要增加C_DT，否则达不到降低短路电流的目的。在半桥或Buck拓扑的电路中，负载为电感型负载，当发生内部短路时，由于电感作用，电流不可能降低到电感电流以下。将PO、PB相连可以锁定故障状态，否则在下一个脉冲到来时，保护电路重新开始工作。